以射頻磁控式濺鍍法製備錫鈦酸鋇薄膜

Abstract

本論文之研究主題，是以射頻磁控式濺鍍法於Pt/SiO2/Si底材上製備錫 鈦酸鋇薄膜。由改變鍍膜溫度、靶材成份比例及鍍膜氣氛(氧氣與氬氣分 壓比)三種不同製程條件設定，研究長成薄膜之晶體結構、成份與電性上 的變化，及三者之間的相互關係。鍍膜溫度由400℃變化至600 ℃，靶材 成份比例Sn/Ti由0.1/0.9至0.07/0.93，氬氣與氧氣分壓比Ar/O2 由16/4 至10/10變化，並對其進行材料物性及電性之特性分析。實驗 數據 顯示最佳化製程條件為：靶材成份比例Sn/Ti=0.085/0.915，鍍膜溫度 為600℃，氬氣與氧氣分壓比Ar/O2=10/10，薄膜厚度為122nm,薄膜具有介 電常數達154，量測頻率100kHz，於外加電壓為1.5伏特，薄膜的漏電流密 度為1.8×10-7A/cm2。錫鈦酸鋇薄膜之漏電流機制，主要為Schottky emission和氧空缺所造成。在Ln(J/E)-E1/2關係圖，圖上曲線之線性區域 斜率，其線性區域斜率呈現負值，可以充分 說明出漏電流的機制並 不包含Poole-Frenkel emission，Schottky emission則在10 KV/cm的較 低電場便開始發生。熱處理氣氛為氧時，漏電流有降低趨勢而介電常數則 明顯上升。在熱處理氣氛為氮時，則發生漏電流增大而介電常數降低的趨 勢。其原因為氧空缺的減少。同時在短時間的熱處理，其漏電流具有較佳 的改善，稍長的熱處理時間會造成基板劣化，附著性變差使漏電流大幅增 加。 A series of tin barium titanate ( Ba ( Snx Ti1-x ) O3 ) thin films on Pt/SiO2/Si substrates were prepared by RF magnetron sputtering at various substrate temperatures, target compositions and Ar/O2 ratios. The range of deposition conditions are (1) 400℃to 600℃for substrate temperatures,(2) 0.07/1 to 0.1/1 Sn/(Sn+Ti) ratio for target composition, and (3) 20％to 50% for O2/(Ar+O2) ratio. The crystallinity, dielectric properties and compositionof these films have been analyzed. Under optimized conditions , Ba(SnxTi1-x)O3 thin films of thickness 122nm were obtained at 600℃, target composition Sn/(Sn+Ti) ratio 0.085/1, and O2/(Ar+O2) ratio 50%. The film dielectric constant is 154 at 100kHz, and a leakage current density of 1.8×10-7 A/cm2 at 1.5 V.